高速球型摄像机(快球)选购分析

一、高速球在平安城市视频监控系统需求

    随着城市现代化建设的加速发展，城市治安管理的日常防控和应对重大恐怖、灾害等特殊突发公共事件的安全防范压力愈来愈大。在平安城市的应用中，考虑到监控的视角、盲区、隐蔽、机动等方面因素的影响，智能高速球型摄像机具有控制运转速度、变焦速度快，能在无人操作时自动扫描、巡航或还原操作轨迹等功能平安城市建设的项目中广泛应用。一体化高速球都配有大倍率的光学变焦镜头，水平分辨率较高，内置高转速云台，可以快速、准确地实现定位监视，另外高速球一般还带有预置点，有花样扫描、自动巡航等功能，可以更好地实现城市监控等诸多特殊要求。再加上一体化高速智能球跟一般的带云台摄像机相比还具有外型美观、隐蔽性强等优点，因此十分适用于平安城市监控工程的建设。

二、高速球——平安城市设备选购的关注点 

    平安城市建设项目庞大而复杂，无论从系统的前端图像采集部分、传输部分还是到后端存储控制显示部分，系统设备性能是鉴定系统运作成功与否、优与劣的关键因素。毫无疑问，设备选型的好坏直接影响到系统的稳定可靠性、图像质量、设计地效果和系统使用寿命等有关建设方投资利益问题。因而系统设备选型是贯穿整个设计过程的重要环节，在本文中只针对高速球的选型进行阐述。

    平安城市视频监控系统前端摄像机需求分析

    1 、平安城市视频监控系统对清晰度的要求高，需要非常清晰的显示人物或物体的形体特征等细微部分。

    2 、平安城市的监控需要全天候工作，要求摄像机必须具备全天监控的能力，同时必须具备高可靠性，优良的制造工艺，安装方便等。

    3 、适合中国城市的现状，中国的城市许多路段或环境光线比较差，这就需要摄像机能在极暗的环境下也能得到优质的画面，同时很多摄像机在光线比较弱的情况下，图像也会出现噪点，这就增加了存储设备的存储空间，这就要求摄像机在增强灵敏度的同时，具有良好的噪点消除功能。

    4 、平安城市的监控系统，许多监控的场所光线对比度比较大，白天的全日光线达到了 100000LX ，而晚上的路灯只有 20LX 左右，在这种情况下摄像机无论是否具有自动调整灵敏度功能即通过摄像机本身的电子快门已不可能适应这么宽的照度范围，也就无法达到控制图像效果的作用。因此必须要求摄像机具有很宽的动态范围。

    平安城市视频监控系统高速球选型依据 

    1 ）高速球的色彩：摄像机有黑白和彩色两种，通常黑白摄像机的水平清晰度比彩色摄像机高，且黑白摄像机比彩色摄像机灵敏，更适用于光线不足的地方和夜间灯光较暗的场所。但彩色的图像容易分辨衣物与场景的颜色，便于及时获取、区分现场的实时信息。平安城市的一个主要建设目的就是打击和预防犯罪，因此摄像机的色度信号识别功能最重要的，包括对犯罪嫌疑人或罪犯的轮廓、衣着、表情等方面微观色度信号等部分的辨别，同时又要满足光线比较弱的环境的监控，因此为满足平安城市全天监控需求，必须选择具有彩色转黑白功能的摄像机。

    2 ）高速球的清晰度：有水平清晰度和垂直清晰度两种。垂直方向的清晰度受到电视制式的限制，有一个最高的限度，由于我国电视信号均为 PAL 制式， PAL 制垂直清晰度为 400 行。  

    所以摄像机的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼对电视图像水平细节清晰度的量度，用电视线 TVL 表示。目前市场上的高速球型摄像机的水平分辨率大都在 480TV 线左右，清晰度越高的摄像机更有利于捕捉物体的细节，例如现在的银行监控系统中柜台采用高清晰度的摄像机可以更清楚的监控票面额，同样在平安城市的监控系统中，高清晰度的摄像机可以非常清楚的捕捉每一个画面的细节，因此高清晰度摄像机是平安城市建设设备选型的重要参数。

    3 ）高速球的照度：单位被照面积上接受到的光通量称为照度。 Lux( 勒克斯 ) 是标称光亮度 ( 流明 ) 的光束均匀射在 lm2 面积上时的照度。摄像机的灵敏度以最低照度来表示，这是摄像机以特定的测试卡为摄取标，在镜头光圈为 0.4 时，调节光源照度，用示波器测其输出端的视频信号幅度为额定值的 10% ，此时测得的测试卡照度为该摄像机的最低照度。所以实际上被摄体的照度大约是最低照度的 10 倍以上才能获得较清晰的图像。

    根据中国城市道路路灯的现状，许多主干道的路灯可以达到 20LX 以上，但很多街道的路灯大多在 10LX 以下，甚至有些路段根本没有路灯，而往往这些路段就是治安事件的常发地，因此对摄像机的低照度功能提出了严峻的考验。通常情况下半月夜光的照度只有 0.2LX ，也就说在这种环境下成像并且是全实时的图像必须要求摄像机的照度达到 0.02LX 。现在很多厂家也在低照度的技术上采用了帧累积技术来降低摄像机的照度，也就是说很多摄像机要达到 0.02LX ，采用了帧叠加的技术，在这种情况下，前端采集的图像时非实时的，用户在监控的过程中就会出现一些动画效果，然而动画效果的图像在监控移动的物体时会出现拖尾现象，而平安中国视频监控的目的是打击犯罪，往往犯罪都是在黑暗的场所，出现拖尾的图像对实时监控和调查取证带来诸多不便。

    4 ）高速球镜头的选择：目前市场高速智能球型摄像机的光学倍数是 22 倍，其最大焦距都集中在 80mm 左右，也就是说其有效的监控距离可根据焦距计算公式 F=v( 像场高 )*L （物距） /V （视场高）计算。例如监控一个视场高 2M 的物体，根据 1/ 4 ”CCD 的摄像机（目前高速智能球型摄像机大多是 1/ 4 ”CCD ）的靶面高度（即像场高）为 2.4mm ， L=80*2/2.4= 66.7 米 。

    现在市场上有些厂家推出了 30 倍光学变焦的高速球型摄像机，其最大焦距都在 100mm 左右，其有效的监控距离为 L=100*2/2.4=83 米 , 有效地提高了监控的距离 , 间接地节约了系统的投资，这也是用户考虑的一个问题，因此在选择摄像机的时候尽量选择大光学倍数的。

    5 ）高速球的宽动态：在一些明暗反差过大的场合，一般的摄像机由于 CCD 的感光特性所限制，摄取的图像往往出现背景过亮或前景太暗的情况。针对这种情况，宽动态技术应运而生，较好地解决了这一问题。而在此之前，传统的摄像机一般会采取背光补偿功能来适应光线反差大的场合。

    常规摄像机视场中的物体在亮度较高的背景光时，需要看门口或窗外的物体，通常采用中央背光补偿 (BLC) 模式，它主要是靠提升视场中央部分的亮度、降低视场四周部分的亮度来达到看清位于中央位置内物体的目的。 

    在某些应用场合，视场中可能包含一个很亮的区域，而被包含的主体则处于亮场的包围之中，画面一片昏暗，无层次。此时由于 AGC 检测到的信号电平并不低，因此放大器的增益很低，不能改进画面主体的明暗度，当引入背光补偿时，摄像机仅对整个视场的子区域进行检测，通过求此区域的平均信号电平来确定 AGC 电路的工作点。由于子区域的平均电平很低， AGC 放大器会有较高的增益，使输出信号的幅值提高，从而使监视器上的主体画明朗，大大降低背景画面与主体画面的主观亮度差，整个视场的可视性得到改善。背光补偿虽然改善了拍摄主体的亮度，但是图像质量或多或少会劣化下降。 

    在平安城市的监控中，特别在晚上微弱的路灯或没有光线的情况下，对着开远光灯的车辆很难看清其车牌，这是由于车灯与车牌亮度之比超过人眼能分辨的动态范围，人眼能分辨的动态范围一般是 1000 ： 1 ，而普通摄像机的动态范围是 3 ： 1 ，因此普通的摄像机在晚上根本无法达到拍清正面行驶车辆的车牌。通常情况下汽车大灯强光面照度大约为 1000LX ，满月夜光约为 4LX ，考虑大灯本身对周围照度的提升，当车牌表面的照度达到 8LX 以上时其动态范围降到了 1000 ： 8=125 倍，目前第三代宽动态的摄像机动态范围已经达到了 128 倍，就可以完全满足要求。 

    宽动态的核心技术是同一时间曝光两次，一次快，一次慢，再进行合成使得能够同时看清画面上亮与暗的物体，慢快门控制的好与坏直接影响图像的效果，因此在选购宽动态摄像机的时候要看其图像的色彩对比度以及厂家是否具有宽动态摄像机 DSP 的开发能力。

三、结束语

    随着平安城市建设的不断深入，对前端摄像机的需求也越来越大，用户在选购的时候注意摄像机的参数，特别需要提醒的是注意这些参数实现的附加条件，以免在购买之后不能满足实际的需求。我相信具有超低照度、宽动态范围、高倍数、高稳定性的智能高速球型摄像机将是平安城市视频监控系统的首选。